FI58407B - Foerfaringssaett foer att aostadkomma periodisk uppvaermning av foeremaol och anordning foer saettets utoevande - Google Patents

Description

F55FH [B] {11)KWULUTUSjULKAISU c g A Q Π L J ' } UTLÄGGNINGSSKRIFT 0 ° U ' C /jr\ I':- i.jfj L ul ay nn·'··, ty 12 01 -001 r β ^ί'Π il uicr J uζ’ i. '1 w ^ v ^ (51) Kv.lk?/fnt.a3 G 05 D 23/00 SUOMI —FINLAND (21) Pttwttllwkwmi·—PatMtvweiailni 386/73 (22) H»k*mltpUvt — Aiwttknlngidtg 09.02.73 ^ ^ (23) Alkwpeivt — GUtlfhwsdag 09.02.73 (41) Tulhit JulklMksI — Bthrit offmtHg 15.08.73

Patentti. J* rekisterihallitus NlhtMWp^on j.

Patent- och registerstyrelsen Antokin utltgd oeh utUkrtftn publleend 30.09.80 (32)(33)(31) Pyydetty •tuolke»*—B«g|rd prloritet 11+.02.72

Ruotsi-Sverige(SE) 1752/72 (71) Husqvarna Vapenfabriks Aktiebolag, 561 01 Huskvarna, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Per Olov Risman, Tenhult, Ruotsi-Sverige(SE) (7^) Oy Jalo Ant-Wuorinen Ab (5*0 Menetelmä esineiden jaksoittaiseksi lämmittämiseksi sekä laite menetelmän suorittamiseksi - Förfaringssätt för att ästadkomma periodisk upp-värmning av föremal och anordning för sättets utövande Tämä keksintö koskee menetelmää vesipitoisten esineiden jaksoittaiseksi lämmittämiseksi, jolloin lämpöä lisätään ja kosteutta poistetaan. Menetelmää voidaan käyttää kiehumisen tai ylilämmittämisen estämiseksi tietyissä, lämmitykselle eniten alttiina olevissa esineen kohdissa. Menetelmällä on etuja erikoisesti mikroaaltouunnissa lämmitettäessä, joka on varustettu laitteella menetelmän suorittamiseksi.

Menetelmässä voidaan käyttää sinänsä tunnettua anturia ilman kosteuden mittaamiseksi. Tällainen anturi sisältyy aikaisemmin tunnettuihin kytkentäjärjestelmiin ilman absoluuttisen ja suhteellisen kosteuden mittaamiseksi. Kosteudelle herkkänä (hygrofiili-) aineena tällaisessa anturissa on suola, esimerkiksi litiumkloridi, jonka sähkön johtavuus suurenee kun vesipitoisuus aineessa nousee. Periaate käyttää litium-kloridikennon resistanssia mittana sen ilman kosteudesta, joka ympäröi kennoa ja mittausarvojen mittaaminen ja muuntaminen kosteusluvuiksi on siten tunnettua tällaisista kytkentäjärjestelmistä.

Herkkiä aineita, esimerkiksi elintarvikkeita lämmitettäessä on ylikuumenemisen vaara huomattava, mikä voi johtaa siihen, että joku osa tavarasta palaa tai kuivuu. Tämä vaara on aikaisemmin otettu huomioon ja osittain eliminoitu ohjaamalla lämmön syöttöä, esimerkiksi jakamalla lämmitysaika jaksoihin täydellä teholla, joiden välillä on tehottomia jaksoja. Tällainen ohjaus voidaan saada aikaan ajastimen avulla, joka on varustettu toistoelimillä. Tällaisella lämmityksen jakamisella 2 58407 määrättyihin aikajaksoihin on kuitenkin se epäkohta, että jaksoaika on sopeutettava sen aineen mukaan, jota lämmitetään. Tästä syystä on pidettävä tärkeänä tehtävänä saada aikaan menetelmä lämmitystä varten, jossa itse aine antaa indikaation siitä, millaisen lämmityksen jaksottaisuuden on oltava jottei ylilämmitystä tapahdu. Koska vesipitoiset aineet kehittävät höyryä lämmityksen aikana ja koska lämmityskohdasta ulosvirtaava ilma siis on kostea, voitaisiin lämmönsyötön ohjaus järjestää siten, että ilmankosteus ulosvirtaavassa ilmassa mitataan ja mitta-arvoa käytetään vaikuttamaan kosketinelimiin tehon kytkemiseksi ja katkaisemiseksi ilman kosteudesta ja siten lämmitettävän esineen luovuttamasta höyrystä riippuen. Ongelma ei kuitenkaan ole tällä täysin ratkaistu; on selvää, että kosteus esinettä ja lämmityspaikkaa ympäröivässä ilmassa on hidas "reagenssi" ko. esineen lämpötilasta. Lisäksi on mittauslaitteiston oltava hyvin kalibroitu ja vapaa liasta, joka saa aikaan eräitä käytännöllisiä esteitä ongelman sellaiselle ratkaisulle, joka rakentuu vain ilman kosteudelle. Aikaisemmin tunnettu tämänkaltainen laite on kuvattu DE patentissa 1 090 796, jossa esitetään laite, joka mittaa suurtaajuusuunista tulevien kaasujen kemiallisia tai fysikaalisia ominaisuuksia. Julkaisun mukaisessa laitteessa on mahdollista mitata poistokaasun yksiköitä absoluuttisina arvoina ja käyttää mittaustulosta kytkinlaitteessa, joka reagoi kyseessä olevan mittaussuureen tietyllä maksimiarvolla.

Parempi tapa ratkaista esineen lämpötilan tunnusteleminen on mitata ilman kosteuden muuttuminen, so. kosteuden derivaatta lämmityspaikan ympäri virtaassa ilmassa. Koska ilman absoluuttinen kosteus nousee jyrkästi kiehumisen alkaessa ja kiehuminen tapahtuu tietyssä lämpätilassa, saadaan mittaamalla kosteuden derivaatta nopea ja varma ilmaisu siitä hetkestä esineen lämmittämisessä kun kiehumislämpötila saavutetaan. Lisäksi tällaisella mittausmenetelmällä eliminoidaan ilman lämpötilan ja epäpuhtauksien vaikutus anturiin, minkä lisäksi mahdollisilla virheillä mittausjärjestelmän kalibroinnissa on pieni vaikutus mittaustarkkuuteen. Tähän periaatteeseen perustuva ratkaisu on esitetty tässä keksinnössä, joka esitetään tarkemmin päävaatimuksen tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukainen menetelmä selitetään lähemmin seuraavassa selostamalla eräs käytännöllinen suoritusmuoto viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa esitetään laite keksinnön mukaisen jaksollisen lämmityksen aikaansaamiseksi. Piirustuksessa esittää kuvio 1 uunia (mikroaaltouunia) esineiden lämmittämistä varten, joka on varustettu keksinnön mukaisella laitteella, kuvio 2 kaaviomaista luonnosta anturista, jota on käytetty laitteessa ja kuvio 3 kytkinkaavaa, jossa mainittu anturi sisältyy osana laitteesta.

Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti pituusleikkausta mikroaaltouunista, 3 58407 joka on varustettu kotelolla 1, luukulla 2 ja uunitilalla 3> joka tuuletetaan uunin takaseinänhän kiinnitetyn puhaltimen 4 avulla, joka imee ilmaa uunitilasta ja puhaltaa sen ulos kuten nuolet osoittavat kotelon yläseinämän alla olevan kanavan 5 kautta. Tähän välitilaan on sijoitettu anturielementti 6 puhaltimen synnyttämään ilmavirtaan.

Anturisiementin rakenne ilmenee kuviosta 2. Lämmönkestävästä muovista valmistetun sylinterinmuotoisen kannattimen 6 päälle on vedetty kappale lasikuitusukkaa 9· Sukka on valmistettu käsittelemättömästä, hehkutetusta lasikuidusta, joka kapillaarivoiman avulla voi imeä vettä. Kannattimen halkaisija siinä kohdassa, jonka päälle sukka on asetettu, on n. 6 mm. Sukan pituus kun se on tiiviisti kannattimen ympärillä on n. 30 mm. Lasikuitusukkaan on käämitty kaksisäi-keisesti hopealankoja 10, 11. Jokainen lanka on käämitty kaikenkaikkiaan 6-7 kierroksen verran. Lasikuitusukka on kostutettu 20 %: 11a LiCl-liuoksella, joka tämän jälkeen on saanut asettua hygroskooppiseen tasapainoon ilmankosteuden kanssa.

Anturiin on syötettävä vaihtojännite ilman tasajännitekomponent-tia, sillä muuten voi syntyä elektrolyysi. Kun jännite kytketään päälle, on anturi aluksi melkein puhtaasti oikosuljettu. Se lämpiää kuitenkin yhä nopeammin sähkövirran lämmön avulla ja saavuttaa ajankohtaisessa tapauksessa n. 1 min. kuluttua niin korkean lämpötilan, että virta liuoksen kuivumisen johdosta putoaa 0:aan. Jos anturi pannaan alttiiksi ilmavirralle, on "yliheilahdus", so. kuivuminen kuitenkin lyhytaikainen. Muutaman minuutin jälkeen on anturilämpötila tasoittunut lämpötilaan, joka on yksiselitteinen funktio ilmassa olevan vesihöyryn osapaineesta. Tämä lämpötila on normaalitapauksissa 20-30° ilman lämpötilan yläpuolella. Tämän lämpötilaeron ylläpitämiseksi vaaditaan tietty anturivirta, normaalitapauksissa pysyvässä olotilassa 15-30 mA jos anturi jännite on n. 22+V ~.

Syy tähän itsesäätävään ominaisuuteen on litiumkloridin erittäin hyvissä hygrofiilisissa ominaisuuksissa; aine on oletettavasti hygrofiilisin kaikista aineista (lukuunottamatta niitä, jotka muuttuvat kemiallisesti vedenoton yhteydessä). Suola ei siis koskaan voi kuivua ellei sitä lämmitetä; tasapainolämpötila on siis juuri sama kuin kuivumislämpötila. Kuivuessa alenee sähkönjohtavuuskyky kuitenkin niin että virta pienenee ja lämpötila rupeaa alenemaan jne.

Kun anturi pannaan alttiiksi ilmankosteuden nousulle ja kun ympäröivän ilman nopeus on vakio, tulee anturi nopeasti läpikostutetuk-si, jolloin anturivirta nousee. Tällöin lämpenee kuitenkin anturi, josta syystä virta vähitellen taas laskee suunnilleen samaan arvoon 4 58407 kuin aikaisemmin.

Anturivirta koostuu siis kahdesta komponentista, toisaalta "peruskomponentista", joka vastaa pysyvää kosteutta ja ilman nopeutta, ja toisaalta "dynaamisesta" komponentista, joka riippuu kosteuden muutoksesta (kosteuden derivaatista ajan funktiona). Myös lämpötila muuttuu useimmiten samalla kun kosteus muuttuu, mutta koska anturi-virta jo pysyvässä olotilassa on suhteellisen korkea, hallitsee kosteuden muutoksen vaikutus täysin tätä vaikutusta.

Esimerkkinä voidaan mainita, että kun vettä lämmitetään n. 1 kW teholla, nousee anturivirta kiehumisen alkaessa muutaman sekunnin sisällä yli 200 mA:iin edellyttäen että kuvion 1 mukaista imupuhallin-ta käytetään. N. 20 sekunnin jälkeen on virta laskenut alle 100 mA.

Kuten edellä on mainittu,sisältyy anturielementti kuviossa 3 esitetyn kaavion mukaiseen sähkökomponenttikytkentään. Tässä seuraa tämän kytkennän selostus. Anturielementti 6, johon kuuluu syöttöjoh-timet 10, 11, on sarjassa vastuksen 12 kanssa, joka on liitetty vaih-tovirtalähteeseen. Rinnan vastuksen kanssa on kytketty vahvistinpii-ri, jossa on kaksi haaraa, joissa on tasasuuntaaja 13, potentiometri 14 vast, tasasuuntaaja 15 ja vastus 16, jotka tasasuuntaavat molempiin suuntiin. Vastuksen 16 läpi kulkee virta jännitteen negatiivisen puoli jakson aikana ja siten negatiivinen jännitys vastuksen kautta syötetään transistorin 17 kantaan toisen vastuksen 1Ö kautta, jolloin transistori ei johda virtaa. Transistorin kantaan menee vielä yksi kytkentähaara, joka sisältää zenerdiodin 19 ja vastuksen 20 ja jota potentiometri 14 syöttää. Positiivinen jännite tämän kautta syötetään zenerdiodiin 19· Koska vastuksen 20 resistanssi on suhteellisen pieni tulee kannan jännite nousemaan kun anturivirta ja siten jännite vastuksen 12 yli nousee. Koska negatiivinen virta virtaa resistanssin 1β läpi, vaaditaan suurempi virta vastuksen 20 läpi jotta kannan virta tulisi tarpeeksi suureksi ja jotta rele 21 toimisi. Tämä kompensaatio saa aikaan sen, että työvirta zenerdiodin läpi, kun rele on kytketty, tulee olemaan zenerkarakteristiikan suoralla osalla eikä virtapolven kohdalla, minkä ansiosta saadaan nopeampi Teletoiminta. Potentiometriä 14 käytetään relen kytkennän asettele-miseksi haluttua anturivirtaa varten. Kondensaattorit 22-24 ovat tasoituskondensaattoreita. Rele 21 on varustettu koskettimella 25, joka sisältyy uunin voimansyöttöpiiriin ja katkaisee siis voimansyö-tön kun rele vetää. Kun anturivirta laskee putoaa rele taas ja kosketin 25 sulkee piirin jälleen.

Kun anturi on sijoitettu ulospuhalluskanavaan, kuten kuviossa 1 on esitetty, saadaan aikaan edullinen uunin kytkennän ja poiskytken-nän ohjaus. Kaksi tekijää pienentää epäpuhtauksien, kuten rasvan jne.

5 58407 vaikutusta poistoilmassa. Ensinnäkin on anturivirralla "peruskomponentti”, jonka ei välttämättä tarvitse tulla litiumkloridista vaan voi johtua epäpuhtauksista. Tässä yhteydessä voidaan mainita, ettei litiumkloridimäärä anturia kohden ole kriittinen. Toiseksi on antu-rilämpötila korkeampi kuin ilman lämpötila, mikä huomattavassa määrin pienentää epäpuhtauksien asettumista anturille. Elektrolyyttisesti johtavat epäpuhtaudet kuivuvat yleensä, joten niiden vaikutus eliminoituu.

Mikroaaltouunissa on evakuointi-ilman lämpötila alhainen verrattuna tavanomaisiin lämpölähteisiin. Koska anturivirran muutos on riippuvainen lämpötilan ja kosteuden muutoksista tulee lämpötilan muutoksen ei-haluttu vaikutus kiehumisen alkaessa esineessä olemaan pieni. Kiehumisen alkaessa muuttuu poistoilman absoluuttinen kosteus voimakkaasti, josta syystä anturivirran nousu tulee hyvin voimakkaaksi; esineen suuruudella on siis hyvin pieni vaikutus, olettaen että vesipitoisuus on tarpeeksi suuri. Myös se tosiasia, että mikroaalto-teho (ja siten absoluuttinen kiehumisnopeus) on hyvin vähäisessä määrin riippuvainen esineen koosta lisää anturivirran säädön ei-kriittisyyttä irtikytkentää varten.

Joskin tässä esitetty laite on muotoiltu eräänlaiseksi säätäjäksi mikroaaltouunin tehoa varten, ovat tietystikin muut käyttöalueet mahdollisia. Eräs alue lienee lähellä tässä esitettyä, nimittäin lämpötilan valvonta kemiallisissa prosesseissa. On tietysti mahdollista muunnella laitetta riippuen kulloinkin kyseessä olevasta käyttöalasta. Nyt selitetty anturikenno ja kytkentä ohjausvirran aikaansaamiseksi kontaktoriin on tästä syystä pidettävä esimerkkinä keksinnön mukaisen laitteen rakenteesta. Se menetelmä, johon rakenne perustuu ja laite sinänsä määritellään seuraavissa patenttivaatimuksissa.

Claims (4)

6 58407 Patenttivaatimukset;

1. Laite vesipitoisten esineiden jaksottaiseksi lämmittämiseksi, joka laite käsittää mikroaaltouunin, jossa esine lämmitetään niin, että siitä vapautuu kosteutta, sekä'poistokanavan uunista tulevia poistokaasuja varten, johon kanavaan on sijoitettu kosteudelle herkkä vastus anturiksi lähelle esinettä, joka anturi on liitetty vahvistin-kytkentään, joka ohjaa kytkentäelintä lämmitykseen käytetyn mikro-aaltogeneraattorin syöttöpiirissä, tunnettu siitä, että kosteudelle herkkä vastus (6) sisältyy vahvistinkytkennän syöttöpiiriin, ja että anturivirta samanaikaisesti lämmittää vastusta ja ylläpitää vastuksessa kosteustasapainotilan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että kosteudelle herkkä vastus on sinänsä tunnettu litiumkloridiken-no, jossa on kaksi elektrodia (10, 11), jotka on yhdistetty vahvistus-kytkentään.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että kosteudelle herkkä vastus on sijoitettu esineestä tulevaan ilmavirtaan, jonka aikaansaa puhallin (4).

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että vahvistinkytkentä käsittää transistorin, tyristorin (17) tai vastaavan, jonka ohjausvirta sen saattamiseksi johtavaan tilaan aikaansaa piiri, joka käsittää zenerdiodin (19) jota syöttää sarjaan anturin (6) kanssa kytketty vastuksen (14) kautta kulkeva jännite. M '-f